Scienziati raggiungono un’efficienza del 29,9% per una cella solare tandem a quattro giunzioni perovskite-CSI

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Un team di ricerca internazionale ha fabbricato una cella solare tandem a quattro giunzioni (4T) basata su film sottile di perovskite e rame/indio/selenio (CIS) con un’efficienza di conversione di potenza fino al 29,9%.

Gli scienziati hanno dichiarato di aver utilizzato un sale alogenato di diioduro di metildiammonio (MDADI) per la passivazione dei difetti superficiali, riducendo così la perdita di tensione a circuito aperto nella cella superiore del dispositivo basata sulla perovskite e migliorando al contempo l’efficienza complessiva della cella tandem e la trasmittanza nel vicino infrarosso (NIR).

Gli scienziati hanno fatto crescere la cella superiore attraverso un processo di co-evaporazione a più stadi. Il dispositivo era basato su un substrato di vetro e ossido di indio-stagno (ITO), uno strato di trasporto di buchi (HTL) in ossido di nichel(II) (NiOx), un assorbitore di perovskite, uno strato di trasporto di elettroni (ETL) in buckminsterfullerene (C60), uno strato di ossido di stagno (SnOx), uno strato di ITO e un interstrato ultrasottile di fluoruro di litio (LiF).

“Abbiamo poi variato i percorsi ottici all’interno della cella frontale semitrasparente per realizzare il controllo dello spettro di interferenza”, ha spiegato il team. “Facendo coincidere l’interferenza ottica con lo spettro di irraggiamento AM 1,5 G, la cella frontale in perovskite raggiunge un’elevata trasmittanza NIR media (ANT) dell’81,5% e un’efficienza del 21,8%”.

Gli studiosi hanno anche spiegato che il film trattato con MDADI può raggiungere un “quasi-fermi level splitting” (QFLS) molto più elevato rispetto a quello senza trattamento. “Il grafico pseudo corrente-tensione (J-V) mostra che il film trattato con MDADI raggiunge una tensione implicita a circuito aperto di 1,29 V, mentre il film non trattato raggiunge solo 1,24 V, con una differenza di circa 50 mV”.

Questa cella superiore è stata poi combinata in un dispositivo tandem con una cella inferiore realizzata con un substrato di vetro rivestito di molibdeno (Mo), un assorbitore CIS, uno strato tampone di solfuro di cadmio (CdS) e uno strato finestra di ossido di zinco (i-ZnO). Questo dispositivo ha un’efficienza del 17,3%, una tensione a circuito aperto di 0,60 V, una densità di corrente di cortocircuito di 39,7 mA/cm2 e un fattore di riempimento del 72,9%.

Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella tandem perovskite-CIS ha raggiunto un’efficienza del 29,9%, che secondo il gruppo è la più alta mai registrata finora per una cella solare tandem perovskite-CIS a livello di ricerca.

Gli scienziati hanno descritto il dispositivo nello studio “29.9%-efficient, commercially viable perovskite/CuInSe2 thin-film tandem solar cells“, pubblicato recentemente su Joule. “Questi risultati indicano le vaste opportunità per tutte le celle tandem a film sottile a base di perovskite/CIS in diverse applicazioni e aprono la strada alla loro commercializzazione”, hanno dichiarato. “La combinazione di prestazioni superiori e convenienza economica le rende una prospettiva interessante per l’industria solare”.

Il gruppo di ricerca comprende accademici della National University of Singapore, dei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (EMPA) e del Forschungszentrum Jülich in Germania.

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